Kwas chlorogenowy | Zielona kawa

1.1. Historia i pochodzenie

Kwas chlorogenowy został odkryty w roku 1887, jednak po raz pierwszy (jako czysty związek) został wyizolowany w roku 1908 z substancji krystalicznej (ang. caffetannin) zawartej w ziarnach kawy. Późniejsze doświadczenia wykazały, że jest on szeroko rozpowszechniony i występuje w liściach oraz nasionach wielu roślin. W roku 1932 ustalona została jego struktura chemiczna. Pod koniec lat 60. XX wieku, za pomocą techniki spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego, zidentyfikowano jego dziewięć izomerów (związków chemicznych o wspólnym wzorze sumarycznym, a różniących się wzorem strukturalnym). Do lat 90. XX wieku związek ten nie był jednak badany pod kątem możliwych właściwości biologicznych. Uważano bowiem, że prozdrowotny wpływ kawy wynika jedynie z zawartej w niej kofeiny. Dopiero w ostatnim dwudziestoleciu znacząco zwiększyła się ilość eksperymentów, których celem jest poznanie właściwości i znaczenia kwasu chlorogenowego w kontekście jego oddziaływania na zdrowie ludzi.

1.2. Klasyfikacja

Kwas chlorogenowy jest organicznym związkiem chemicznym należącym do grupy polifenoli. Aby dany związek mógł zostać zaklasyfikowany do grupy fenoli musi spełniać dwa następujące kryteria: być produktem wtórnego metabolizmu roślin oraz posiadać w swojej strukturze chemicznej co najmniej dwie grupy hydroksylowe przyłączone do pierścienia aromatycznego. U roślin związki polifenolowe odpowiadają za ich barwę, chronią je przed szkodliwym działaniem owadów, grzybów czy wirusów jak również (w połączeniu z polisacharydami) usztywniają ściany komórkowe.

Kwas chlorogenowy stanowi pochodną kwasu cynamonowego (który należy do kwasów fenolowych) i powstaje w wyniku połączenia grupy karboksylowej kwasu kawowego z grupą fenolową kwasu chinowego. Warto podkreślić, że choć nazwa kwasu wskazuje inaczej, to w cząsteczce kwasu chlorogenowego nie występują atomy chloru. Nazwa kwasu wywodzi się z języka greckiego, w którym przedrostek „chloro” oznacza kolor zielony (podobnie językowi greckiemu swoją nazwę zawdzięcza chlorofil). W obecności wysokiego pH kwas chlorogenowy utlenia się i tworzy związki w kolorze zielonym.

Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że regularne spożycie zielonej kawy może działać przeciwbakteryjnie, przeciwzapalnie i przeciwnowotworowo. Może również przyczynić się do zmniejszenia wchłaniania węglowodanów z pożywienia oraz do obniżenia ciśnienia krwi. Ponadto sugeruje się, że kwas chlorogenowy może poprawiać funkcjonowanie mózgu oraz działać neuroprotekcyjnie.

1.3. Występowanie

Za najbogatsze źródło kwasu chlorogenowego uchodzi zielona kawa, która zaliczana jest do grupy żywności funkcjonalnej. Zielona kawa to surowe ziarna kawowca, które nie zostały poddane prażeniu. Dzięki temu zachowują one wysokie stężenia kwasu chlorogenowego, co przekłada się na ich szczególne właściwości prozdrowotne. Całkowita zawartość kwasu chlorogenowego w surowych ziarnach kawy może się różnić w zależności od stopnia dojrzałości rośliny, sposobu jej uprawy czy rodzaju gleby na której rośnie. Jednak głównym czynnikiem decydującym o różnicach w ilości kwasu chlorogenowego jest odmawiana kawy, którą wykorzystuje się do przyrządzenia naparu. Ziarna kawy odmiany Robusta charakteryzują się prawie dwukrotnie większą zawartością kwasu chlorogenowego (około 7-8 g/100 g) w porównaniu do zielonych ziaren odmiany Arabica (około 4-6 g/100 g). Warto podkreślić, że kwas chlorogenowy jest związkiem termolabilnym, tzn. że po wystawieniu na działanie wysokiej temperatury traci on aktywność biologiczną lub ulega rozkładowi. Wykazano, że ilość kwasu chlorogenowego w ziarnach poddanych obróbce termicznej (wypalaniu, prażeniu) spada co najmniej o połowę. Dlatego aby w pełni wykorzystać jego prozdrowotne działanie, zaleca się picie naparu przygotowanego z ziaren zielonej kawy.

Wysokie stężenie kwasu chlorogenowego uzyskano również z liści ostrokrzewu paragwajskiego (yerba mate). Szacuje się, że w jednym gramie liści tej rośliny może znajdować się nawet 92 mg kwasu chlorogenowego. Ponadto kwas chlorogenowy można znaleźć w warzywach (m.in. kapusta właściwa chińska, kapusta włoska, czerwona i biała, sałata, kalafior, kalarepa, pomidory, bakłażan, cebula, słodka papryka, rzepa, ziemniaki) oraz różnych owocach (m. in. jabłka, gruszki, wiśnie, brzoskwinie, białe winogrona, truskawki, morele, czarna porzeczka i jagoda, agrest, melon, arbuz). Źródłem kwasu chlorogenowego są również orzechy, ziarna zbóż oraz nasiona słonecznika.

2.1. Wpływ na układ nerwowy

Udowodniono, że suplementacja kwasem chlorogenowym nie tylko wspomaga funkcjonowanie układu nerwowego, ale także działa neuroprotekcyjnie i może zapobiegać rozwojowi chorób neurodegeneracyjnych.

2.1.1. Choroba Alzheimera

Wyniki doświadczeń wskazują, że picie naparu z zielonej kawy może hamować rozwój choroby Alzheimera, u podstaw której leży odkładanie się złogów białka beta-amyloidu (tzw. płytek starczych) w tkance mózgowej oraz zmniejszenie stężenia acetylocholiny. Uważa się, że mechanizm ochronnego działania kwasu chlorogenowego może być związany z hamowaniem agregacji beta-amyloidu w neuronach. Innymi proponowanymi mechanizmem jest hamowanie działania acetylocholinoesterazy (enzymu rozkładającego acetylocholinę). Badania przeprowadzone na myszach z indukowaną amnezją wykazały, że podanie kwasu chlorogenowego hamowało aktywność acetylocholinoesterazy w hipokampie i korze czołowej w sposób zależny od dawki. Ponadto suplementacja kwasem chlorogenowym u myszy z indukowaną chorobą Alzheimera przyczyniała się do poprawy pamięci krótkotrwałej oraz przestrzennej zwierząt.

2.1.2. Choroba Parkinsona

W badaniach z wykorzystaniem modelu zwierzęcego podanie kwasu chlorogenowego zapobiegało agregacji alfa-synukleiny w mózgu. Zagregowana forma tego białka uważana jest za główną przyczynę uszkodzenia i obumierania neuronów w przebiegu choroby Parkinsona. Wykazano również, że kwas chlorogenowy hamuje nadmierne wytwarzanie tlenku azotu oraz czynnika martwicy nowotworów (TNF-alfa) u myszy traktowanych lipopolisacharydem bakteryjnym (czynnikiem zapalnym). Przeciwzapalne działanie kwasu chlorogenowego jest niezwykle ważne, ponieważ przewlekły stan zapalny w organizmie może przyczyniać się do powstawania chorób neurodegeneracyjnych.

2.1.3. Działanie neuroprotekcyjne

Suplementacja kwasem chlorogenowym może mieć właściwości neuroprotekcyjne. U szczurów traktowanych metotreksatem (cytostatykiem używanym do leczenia nowotworów, reumatoidalnego zapalenia stawów i łuszczycy, wykazującym silne działanie neurotoksyczne) dootrzewnowe podanie kwasu chlorogenowego zmniejszyło uszkodzenia komórek móżdżku, spowodowane działaniem tego leku. Z kolei w badaniach in vitro kwas chlorogenowy chronił neurony przed działaniem nadtlenku wodoru, który prowadzi do śmierci komórek indukowanej przez reaktywne formy tlenu. Jeszcze inne badania wykazały, że kwas chlorogenowy ochraniał i poprawiał przeżywalność neuronów dopaminergicznych w modelu neurotoksyczności wywołanej nadmierną aktywacją mikrogleju, która prowadzi do wytworzenia przez te komórki nadmiernych ilości m. in. cytokin, białek układu dopełniacza czy wolnych rodników, których działanie może prowadzić do niszczenia komórek nerwowych.

2.1.4. Wpływ na nastrój

Co ciekawe wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że kwas chlorogenowy może również łagodzić lęk i pozytywnie wpływać na nastrój. Sugeruje się, że, podobnie jak benzodiazepiny (leki o działaniu m. in. przeciwlękowym, uspokajającym, nasennym) stymuluje on receptory GABA-ergiczne.

2.2. Wpływ na układ pokarmowy

2.2.1. Wpływ na masę ciała

W ostatnim czasie picie naparu z zielonej kawy (lub też przyjmowanie suplementów kwasu chlorogenowego) zyskało niesamowitą popularność wśród osób dążących do redukcji wagi. Zielona kawa jest promowana jako produkt, który zmniejsza apetyt i przyspiesza spalanie tłuszczu, a tym samym wspomaga proces odchudzania. Wyniki badań dowodzą, że osoby z otyłością przyjmujące ekstrakt z zielonej kawy (400 mg) pięć razy dziennie przez okres od 8 do 12 tygodniu traciły na wadze średnio około 4 kg więcej w porównaniu do grupy kontrolnej.

2.2.2. Działanie przeciwcukrzycowe

Wyniki badań przeprowadzonych na myszach wykazały, że w surowicy krwi zwierząt karmionych paszą z dodatkiem kwasu chlorogenowego stężenie glukozy było o 43% mniejsze w porównaniu do tych z grupy kontrolnej. U szczurów suplementacja kwasem chlorogenowym zmniejszała wchłanianie glukozy w jelitach nawet o 80%. Z kolei badania przeprowadzone wśród populacji ludzkiej wykazały, że osoby spożywające napar z zielonej kawy charakteryzują się niższą wartością glikemii po upływie 15 minut od przyjęcia glukozy (test obciążenia glukozą) w porównaniu do grupy kontrolnej. Wartości glikemii nie różniły się jednak pomiędzy badanymi grupami w późniejszych punktach czasowych testu obciążenia glukozą, co może wskazywać, że kwas chlorogenowy reguluje jedynie wczesną odpowiedź organizmu na glukozę zawartą w spożywanych posiłkach.

Wyniki innych badań, przeprowadzonych na grupie około półtora tysiąca mężczyzn, wykazały, że picie naparu z zielonej kawy ujemnie koreluje z wartością wskaźnika HOMA-IR. Wartość tego wskaźnika, wyliczona na podstawie poziomu glukozy i insuliny w surowicy na czczo, jest wykorzystywana w diagnostyce insulinooporności, która charakteryzuje się niewrażliwością lub niewielką wrażliwością tkanek na działanie insuliny. Prawidłowa wartość wskaźnika HOMA-IR wynosi mniej niż 1. Osoby, u których wynik mieści się w przedziale między 1 a 2 powinny zostać poddane dalszej diagnostyce. Z kolei wysoka wartość wskaźnika HOMA-IR (powyżej 2) świadczy o insulinooporności. Warto podkreślić, że autorzy przeprowadzonych badań wskazują, że lepsze efekty stosowania kwasu chlorogenowego (niższe wartości HOMA-IR) były obserwowane u mężczyzn z nadwagą niż w przypadku tych z normalną masą ciała.

Mimo że wyniki badań przeprowadzonych na ludziach i zwierzętach wskazują na przeciwhiperglikemiczne działanie kwasu chlorogenowego, to molekularne podłoże tego procesu nie zostało dotychczas wyjaśnione. Jednym z możliwych mechanizmów jest hamowanie wchłaniania glukozy w jelicie cienkim poprzez inhibicję transporterów glukozy. Wykazano ponadto, że kwas chlorogenowy stymuluje komórki mięśniowe do wychwytu glukozy. Działa też pobudzająco na komórki trzustki, przyczyniając się odpowiednio do zmniejszenia poziomu glukozy oraz zwiększenia poziomu insuliny. W przeprowadzonych badaniach kwas chlorogenowy zmniejszał stężenie glukozydaz – enzymów odpowiedzialnych za trawienie cukrów złożonych do cukrów prostych. W efekcie tego działania dochodzi do spowolnienia trawienia węglowodanów, co sprawia, że poziom cukrów prostych we krwi nie rośnie gwałtownie. Okazuje się zatem, że stosowanie kwasu chlorogenowego może być pomocne nie tylko w walce z nadwagą, ale także w leczeniu cukrzycy.

2.2.3. Działanie hepatoochronne

Do czynników, które mogą uszkodzić komórki wątroby (hepatocyty) zaliczyć można m. in. wirusy, leki oraz toksyny. Zaburzenia czynności wątroby obserwuje się również w chorobie alkoholowej czy otyłości. Wykazano, że spożywanie naparu z zielonej kawy może chronić wątrobę przed wpływem chorobotwórczych mikroorganizmów oraz szkodliwych związków. Hepatoprotekcyjne działanie kwasu chlorogenowego jest prawdopodobnie związane z przeciwzapalnymi i przeciwwirusowymi właściwościami tego związku. Autorzy badań przeprowadzonych na myszach wykazali, że dootrzewnowe podanie kwasu chlorogenowego zwierzętom z zapaleniem wątroby wywołanym lipopolisacharydami hamuje ekspresję prozapalnych cytokin (m. in. TNF-alfa).

Z kolei badania przeprowadzone na szczurach z uszkodzoną (w wyniku niedokrwienia) wątrobą wykazały, że po podaniu kwasu chlorogenowego tym zwierzętom dochodzi do spadku stężenia nie tylko TNF-alfa, ale również syntazy tlenku azotu czy enzymu COX-2. Histologiczne badanie wątroby pobranej od sznurów po zakończeniu eksperymentu wykazało, że hepatocyty zwierząt traktowanych kwasem chlorogenowym charakteryzowały się mniejszym stopniem zniszczenia w porównaniu do komórek pobranych od szczurów nieotrzymujących tego związku. W doświadczeniu przeprowadzonym na szczurach z indukowaną marskością wątroby kwas chlorogenowy znacząco zmniejszał stopień zwłóknienia wątroby. Autorzy sugerują, związek ten przeciwdziała fibrogenezie poprzez obniżenie poziomu ekspresji czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego oraz czynnik wzrostu tkanki łącznej.

2.3. Wpływ na układ krążenia

Wyniki przeprowadzonych badań wykazały, że kwas chlorogenowy reguluje wytwarzanie tlenku azotu, który hamuje agregację leukocytów i płytek krwi oraz zapobiega tworzeniu się zakrzepów i zatorów. Ponadto związek ten oddziałuje na mięśnie gładkie naczyń krwionośnych, a w konsekwencji reguluje ciśnienie tętnicze krwi. Przeprowadzone badania wykazały, że codzienne przyjmowanie suplementów z zielonej kawy zawierających 50-140 mg kwasu chlorogenowego przez okres 12 tygodni przyczynia się do obniżenia ciśnienia krwi nawet o 10 mmHg.

Spożycie kwasu chlorogenowego wiąże się również z obniżeniem poziomu homocysteiny oraz selektyny P. Wysokie stężenie tych związków obserwuje się u pacjentów po zawale serca oraz udarze mózgu, a także cierpiących na miażdżycę czy chorobę wieńcową. Można zatem wnioskować, że picie naparu z zielonej kawy może regulować ciśnienie krwi oraz chronić przed rozwojem chorób sercowo-naczyniowych.

2.4. Działanie przeciwzapalne

Pojawiający się w organizmie stan zapalny stanowi złożoną i dynamiczną odpowiedź na działanie zewnętrznego lub wewnętrznego czynnika uszkadzającego. Efektem obronnej reakcji organizmu, wynikającej z nagłego zaburzenia homeostazy, jest wydzielenie substancji prozapalnych. Jednak u części osób (szczególnie w podeszłym wieku) mamy do czynienia z nadmierną reakcją organizmu na bodźce, które prowadzi do powstania chronicznego stanu zapalnego, który może prowadzić do rozwoju wielu chorób o podłożu zapalnym, w tym nowotworów.

Wyniki wielu badań laboratoryjnych dowodzą, że zawarty w zielonej kawie kwas chlorogenowy wykazuje działanie przeciwzapalne. Udowodniono, że związek ten osłabia odpowiedź zapalną organizmu poprzez zahamowanie działania czynnika transkrypcyjnego, który reguluje poziom ekspresji prozapalnych cytokin (Il-1beta, Il-6, TNF-alfa) oraz chemokin (m.in. CXCL1, CXCL8). Ponadto poprzez hamowanie enzymu COX-2, obniża stężenie prostaglandyn (będących mediatorami stanu zapalnego) oraz tlenku azotu, który w reakcji z wolnymi rodnikami tworzy związki mogące uszkadzać DNA i prowadzić do powstania mutacji.

2.5. Działanie przeciwnowotworowe

Wyniki trwających od kilkunastu lat badań nad właściwościami kwasu chlorogenowego wskazują, że związek ten może zapobiegać powstawaniu nowotworów, a nawet zabijać obecne w organizmie komórki nowotworowe. Przeprowadzone w warunkach in vitro doświadczenia wskazują, że kwas chlorogenowy hamuje proliferację (namnażanie) komórek raka wątroby oraz jelita grubego oraz indukuje ich apoptozę. W badaniach innych autorów kwas chlorogenowy zabijał komórki nowotworowe wyizolowane od pacjenta z chłoniakiem histocytarnym. Również w przypadku nowotworu płuc i sutka dodanie kwasu chlorogenowego do hodowli komórek nowotworowych przyczyniało się do zahamowania ich wzrostu i do ich obumarcia. Wyniki badań przeprowadzonych na zwierzętach wykazały, że kwas chlorogenowy stosowany miejscowo hamuje wzrost nowotworu skóry. Ponadto dodatek kwasu chlorogenowego do diety myszy zmniejszał rakotwórcze działanie niektórych substancji. Należy również podkreślić, że kwas chlorogenowy podawany w czasie terapii 5-fluorouracylem (jednym z najczęściej stosowanych chemioterapeutyków, wykorzystywanym do leczenia pacjentów z nowotworem m.in. jelita grubego, przełyku czy piersi) zwiększał skuteczność leczenia przeciwnowotworowego u myszy.

Naukowcy sugerują, że przeciwnowotworowe działanie kwasu chlorogenowego wynika z jego właściwości antyoksydacyjnych i polega na unieczynnieniu wolnych rodników. Nadmiar tych związków w organizmie może prowadzić do uszkodzeń DNA, których konsekwencją jest powstanie mutacji i rozpoczęcie procesu transformacji nowotworowej komórek. Molekularne mechanizmy odpowiadające za niszczenie komórek nowotworowych przez kwas chlorogenowy nie są dokładnie poznane i wymagają dalszych badań. Obecnie uważa się, że kwas chlorogenowy może prowadzić do śmierci komórek nowotworowych, oddziałując na różne białka, które zaangażowane są w przebieg apoptozy, a także hamując proces powielania DNA i przebieg szlaków metabolicznych w tych komórkach. Jednak obiecujące wyniki badań przedklinicznych (przeprowadzonych na komórkach oraz modelach zwierzęcych) sprawiły, że Chińska Agencja ds. Żywności i Leków rozpoczęła niedawno testy kliniczne, których celem jest ocena terapeutycznego działania kwasu chlorogenowego u pacjentów z glejakiem i bezpieczeństwa jego stosowania.

2.6. Działanie przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze

Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że kwas chlorogenowy może działać przeciwbakteryjne (bakteriostatycznie i bakteriobójczo). Wykazano, że związek ten hamuje wzrost niektórych bakterii gram-dodatnich (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus lactis i Streptococcus faecalis) oraz gram-ujemnych (Escherichia coli i Salmonella sp.). Ściana komórkowa bakterii gram-ujemnych zbudowana jest z błony cytoplazmatycznej, warstwy peptydoglikanu oraz błony zewnętrznej, której integralną część stanowi lipopolisacharyd (LPS, endotoksyna). LPS jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania bakterii, chroni je przed działaniem m.in. kwasów żółciowych i antybiotyków. W utrzymaniu integralności zewnętrznej błony komórkowej bakterii szczególne znaczenie odgrywają dwuwartościowe kationy magnezu. Cząsteczki kwasu chlorogenowego, charakteryzujące się ujemnym ładunkiem powierzchniowym, wiążą jony magnezu, tworząc tzw. chelaty. Usunięcie jonów magnezu ze ściany komórkowej bakterii powoduje uwolnienie pęcherzyków zawierających LPS oraz destabilizację zewnętrznej błony komórkowej. W efekcie dochodzi do zmiany przepuszczalności błony komórkowej, co prowadzi do utraty zawartości komórki bakteryjnej i jej śmierci.

Ponadto wyniki badań wskazują, że bogaty w kwas chlorogenowy napar z zielonej kawy hamuje namnażanie bakterii próchnicotwórczych (Streptococcus mutans) oraz innych bakterii, które mogą wywoływać choroby układu pokarmowego (np. Helicobacter pylori, Salmonella sp., Escherichia coli). Warto jednak podkreślić, że kwas chlorogenowy nie działa bakteriostatycznie czy bakteriobójczo w odniesieniu do bakterii probiotycznych.

Kwas chlorogenowy wykazuje również działanie przeciwgrzybicze (niszczy ściany komórkowe grzybów Candida albicans), jak również silne działanie przeciwwirusowe w odniesieniu do adenowirusów, wirusów Herpes simplex typu 1 i 2, wirusa HIV oraz wirusa Ebola.